JP2012006081A - 溶融アルミニウムを高圧で押出成形する装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】溶融金属供給システム16は、溶融金属供給源、複数のインジェクタ18a,18b及び複数の逆止弁32a,32bを含んでいる。逆止弁32a,32bは、熱伝導性の第1コアを取り囲む第1金属スリーブを具えており、第1金属スリーブは、熱伝導性の第1コアを冷却及び加熱する手段を有している。
【選択図】図2
Description
本願は、2005年10月13日に出願された米国仮出願第60/726,280号の利益を主張する。
本発明は、溶融金属供給システムに関する。具体的には、本発明は、連続圧力式溶融金属供給システムと不定長さの製品を押出成形する方法に関する。
押出成形として知られている金属加工工程では、長尺でほぼ一定の断面を有する形状に成形するために、金属ストック(インゴット又はビレット)を、所定形状のダイ開口を通して押圧するものである。例えば、アルミニウム合金の押出成形では、アルミニウムストックは、適当な押出温度に予め加熱される。次に、アルミニウムストックは、加熱されたシリンダの中に置かれる。押出工程で使用されるシリンダは、一端に所望形状の開口を有するダイと、シリンダのボアとほぼ同じ断面積を有する往復ピストン又はラムとを含んでいる。このピストン又はラムは、移動してアルミニウムストックに当接して、アルミニウムストックを圧縮する。ダイの開口は、圧力下のアルミニウムストックにとって最も抵抗の少ない経路である。アルミニウムストックは、変形し、ダイの開口を流れて、ダイ開口と同じ断面形状を有する押出成形品が製造される。
本発明は、広義において、金属を、一定の圧力又は速度で下流の形状成形工程へ連続的に供給できる溶融金属供給システムを提供するものである。溶融金属供給システムは、複数の溶融金属インジェクタを含んでおり、該インジェクタは、金属供給源に直接接続された少なくとも1つの溶融金属インジェクタ(以下、供給シリンダ(FC)と称す)と、第1インジェクタ及び下流工程(downstream process)に直接接続された第2溶融金属インジェクタ(以下、アキュムレータシリンダ(AC)と称す)とを具えている。さらに、前記システムは、低圧溶融金属供給システムと、プロセス制御シリンダ(以下、PCCと称す)とを含んでいる。
添付の図面及び以下の説明は、本発明の望ましい実施例を示すものである。なお、押出工程及び/又は溶融金属供給システムに概ね精通している者であれば、この図面及び明細書に開示した構造及び方法に関する新規な特徴の細部に変形を加えることにより、他の事例にも適用することができるであろう。それゆえ、図面及び説明は、発明の範囲を限定するものと解すべきでなく、広く包括的な開示と解されるべきである。また、あらゆる数値範囲の記載については、記載した範囲の最小値及び最大値の間におけるあらゆる整数値び/又は小数値(fraction)を含むものとする。また、本発明に関する以下の説明において、「上部(upper)」、「下部(lower)」、「右」、「左」、「垂直」、「水平」、「頂部(top)」、「底部(bottom)」の語及びそれらの関連語は、図面に示された図での向きを示すものである。
第1逆止弁(32a)と第2逆止弁(32b)は同じであるので、これら構成要素については、以下の説明では、単に逆止弁(32)として記載する。溶融金属送給システムをうまく機能させるには、高信頼性の溶融金属逆止弁を使用する必要がある。そのような逆止弁の一例として、Sample他による米国特許第6739485号に記載されたデュアルアクション式弁がある。溶融金属の凝固及び融解に基づく本発明の逆止弁の望ましい実施例について、以下に説明する。
Claims (24)
- 溶融金属供給源と、
少なくとも1つの第1溶融金属インジェクタ及び少なくとも1つの第2溶融金属インジェクタを有する複数の溶融金属インジェクタと、
を含む溶融金属供給システムであって、
第1溶融金属インジェクタは、第1の状態では溶融金属供給源に流体流通可能に接続され、第2の状態では第2溶融金属インジェクタ及び下流工程に同時に流体流通可能に接続されており、第1の状態と第2の状態との間で切替可能であり、
第2溶融金属インジェクタは、第1の状態では第1溶融金属インジェクタに流体流通可能に接続され、第2の状態では下流工程にだけ流体流通可能に接続されており、
各インジェクタは、溶融金属が収容されるように構成されたインジェクタハウジングと、ハウジング内で往復動可能なピストンとを有しており、ピストンは、戻り行程と行き行程を移動可能であり、戻り行程では、溶融金属はハウジングの中に入れられ、行き行程では、溶融金属はハウジングから出て行くようになし、第1溶融金属インジェクタの行き行程では、溶融金属は第2溶融金属インジェクタのハウジング及び下流工程に同時に供給され、第2溶融金属インジェクタの行き行程では、溶融金属は下流工程に供給される、溶融金属供給システム。 - 第1溶融金属インジェクタ及び第2溶融金属インジェクタの各々の行き行程は、連続操業を維持するのに必要な速度で、溶融金属を下流行程に供給する請求項1に記載の溶融金属供給システム。
- 下流行程から成形品が出ていく出口速度を制御する手段をさらに含んでおり、該制御手段は、
第2溶融金属インジェクタと気体流通可能に接続されたプロセス制御シリンダを含み、該プロセス制御シリンダは、気体を収容できるように構成された第2ハウジングと、第2ハウジング内で往復動可能な第2ピストンとを有しており、
ピストンは、行き行程と戻り行程を移動可能であり、戻り行程では、第2ハウジング内の気体に加えられる圧力を低下させることによって、第2溶融金属インジェクタの行き行程の速度を低下させて、押出成形品の出口速度を低下させ、行き行程では、第2ハウジング内の気体に加えられる圧力を上昇させることによって、押出成形品の出口速度を増加させる請求項1に記載の溶融金属供給システム。 - 各インジェクタは、少なくとも1つの隣接するインジェクタと気体流通可能に接続されている請求項1に記載の溶融金属供給システム。
- 第1溶融金属インジェクタには、ピストンと溶融金属との間に気体パッドが配備されている請求項1に記載の溶融金属供給システム。
- 気体パッドは、アルゴン又は他の適当な気体である請求項5に記載の溶融金属供給システム。
- 第1溶融金属インジェクタと第2溶融金属インジェクタとの間に配置された少なくとも1つの第1気体弁と、第1溶融金属インジェクタに隣接配置された第2気体弁とを有する複数の気体弁をさらに含んでおり、各気体弁は、インジェクタのうちの少なくとも1つと気体流通可能に接続されており、
第2溶融金属インジェクタの行き行程が終了する前に、第1気体弁が開き、第2溶融金属インジェクタの戻り行程中は、第1気体弁が閉じており、
第1溶融金属インジェクタの変位行程中、第1気体弁及び第2気体弁は閉じており、
第1溶融金属インジェクタのダウンストロークが終了すると、第2気体弁が開き、第1溶融金属インジェクタの戻り行程中、第1気体弁及び第2気体弁は閉じている請求項4に記載の溶融金属供給システム。 - 溶融金属供給システムは、第1溶融金属インジェクタ及び溶融金属供給源の間に配置された第1逆止弁と、第1溶融金属インジェクタ及び第2溶融金属インジェクタの間に配置された第2逆止弁とを少なくとも含む複数の逆止弁をさらに具えており、
第1溶融金属インジェクタの戻り行程中、第1逆止弁は開いて、第2逆止弁は閉じており、第1溶融金属インジェクタの変位行程及び第2溶融金属インジェクタの戻り行程中、第1逆止弁は閉じて、第2逆止弁は開いており、第2溶融金属インジェクタの行き行程中、第2逆止弁は閉じており、第1溶融金属インジェクタ及び第2溶融金属インジェクタは、実質的に反対方向に移動するように同期化される請求項1に記載の溶融金属供給システム。 - 下流工程は押出モールドである請求項1に記載の溶融金属供給システム。
- 熱伝導性の第1コアを取り囲む第1金属スリーブをさらに具えており、第1金属スリーブは、熱伝導性の第1コアを冷却及び加熱する手段を有している、溶融金属用逆止弁。
- 熱伝導性の第1コアは、グラファイトから作られている請求項10に記載の逆止弁。
- 第1金属スリーブは、高強度金属材料から作られている請求項10に記載の逆止弁。
- 第1金属スリーブを冷却する手段は、金属スリーブの内部に配置された少なくとも1つの冷却チャネルであり、該冷却チャネルは、第1の入口冷却チューブ及び第1の出口冷却チューブと流体又は気体が流通可能に接続されている請求項10に記載の逆止弁。
- 第1金属スリーブを加熱する手段は、少なくとも1つの誘導加熱コイル又は他の急速加熱手段である請求項10に記載の逆止弁。
- 熱伝導性の第1コアのボアは、第1ボアと第2ボアを有しており、第1ボアは第2ボアよりも小径である請求項10に記載の逆止弁。
- 逆止弁が冷却されるとボア内の溶融金属が凝固して逆止弁が閉じ、逆止弁が加熱されるとボア内の凝固金属が溶融して逆止弁が開く請求項10に記載の逆止弁。
- 溶融金属供給システムを稼働させて、溶融金属をほぼ一定の流量及び圧力で下流工程に供給する方法であって、
前記システムは、
溶融金属供給源と、
少なくとも1つの第1溶融金属インジェクタ及び第2溶融金属インジェクタを有する複数の溶融金属インジェクタと、を含んでおり、
第1溶融金属インジェクタは、溶融金属供給源に流体流通可能に接続された状態と、第2溶融金属インジェクタ及び下流工程に流体流通可能に同時に接続された状態との間で切替可能であり、
第2溶融金属インジェクタは、第1溶融金属インジェクタ及び下流工程に流体流通可能に接続された状態と、下流工程にだけ流体流通可能に接続された状態との間で切替可能であり、
各インジェクタは、溶融金属が収容されるように構成されたインジェクタハウジングと、ハウジング内で往復動可能なピストンとを有しており、ピストンは、戻り行程と行き行程を移動可能であり、戻り行程では、溶融金属はハウジングの中に入れられ、行き行程では、溶融金属はハウジングから出て行くようになし、
前記システムは、第1溶融金属インジェクタ及び溶融金属供給源の間に配置された少なくとも第1逆止弁と、第1溶融金属インジェクタ及び第2溶融金属インジェクタの間に配置された少なくとも第2逆止弁とを含む複数の逆止弁をさらに具えており、
前記方法は、
インジェクタを作動させて、インジェクタの戻り行程及び行き行程を異なる時間に実行し、第1溶融金属インジェクタと第2溶融金属インジェクタを同期化させて、実質的に反対方向に移動させるステップ、
第1溶融金属インジェクタの戻り行程中、第1逆止弁を開いて、第2逆止弁を閉じるステップ、
第1溶融金属インジェクタの変位行程中及び第2溶融金属インジェクタの戻り行程中、第2逆止弁を開いて、第1逆止弁を閉じるステップ、
第2溶融金属インジェクタの変位行程中、第2逆止弁を閉じるステップ、
第1溶融金属インジェクタの変位行程中、第2溶融金属インジェクタ及び下流工程に溶融金属を同時に供給するステップ、
を含んでいる、方法。 - 第2溶融金属インジェクタの変位行程の速度を、プロセス制御シリンダで調整することによって、下流工程から出てくる成形品の出口速度を制御することを含んでおり、プロセス制御シリンダは、第2溶融金属インジェクタと気体流通可能に接続されており、該プロセス制御シリンダは、
気体が収容されるように構成された第2ハウジングと、第2ハウジング内で往復動可能な第2ピストンとを含んでおり、
第2ピストンは、戻り行程と行き行程を移動可能であり、戻り行程にて、第2ハウジング内の気体に加えられる圧力を低下させることによって、第2溶融金属インジェクタの行き行程の速度を低下させて、押出成形品の出口速度を低下させ、戻り行程にて、第2ハウジング内の気体に加えられる圧力を上昇させることによって、第2溶融金属インジェクタの変位ストロークの速度を増加させて、成形品の出口速度を増加させるようにしており、インジェクタの各々は、隣接する少なくとも1つのインジェクタと気体流通可能に接続されている請求項17に記載の方法。 - 前記システムは、少なくとも第1気体弁と、少なくとも第2気体弁とを含む複数の気体弁をさらに具え、前記気体弁の各々は、インジェクタの少なくとも1つと気体流通可能に接続されており、
前記方法は、
第2溶融金属インジェクタの行き行程が終了する前に、第1気体弁を開いて、第2溶融金属インジェクタの戻り行程中、第1気体弁を閉じるステップ、
第1溶融金属インジェクタの行き行程中、第1気体弁及び第2気体弁を閉じるステップ、
第1溶融金属インジェクタが行き行程を終了すると第2気体弁を開いて、第1溶融金属インジェクタの戻り行程中、第1気体弁及び第2気体弁を閉じるステップ、をさらに含んでいる請求項17に記載の方法。 - 下流工程で押出成形するステップをさらに含んでいる請求項17に記載の方法。
- 押出成形品は不定長さである請求項20に記載の方法。
- 溶融金属をほぼ一定の流量及び圧力で下流工程に供給する方法であって、溶融金属を供給するシステムは、
溶融金属供給容器と、
少なくとも1つの第1溶融金属インジェクタ及び少なくとも1つの第2溶融金属インジェクタであって、各インジェクタは、互いに流体連通されると共に、溶融金属供給容器及び下流工程と流体連通されており、溶融金属が収容されるように構成されたインジェクタハウジングと、戻り行程及び行き行程を移動可能なピストンとを有しており、戻り行程では、溶融金属はハウジングの中に入れられ、行き行程では、溶融金属はハウジングから出て行くようになされたインジェクタと、
第1溶融金属インジェクタ及び溶融金属供給容器の間に配置された第1逆止弁と、
第1溶融金属インジェクタ及び第2溶融金属インジェクタの間に配置された第2逆止弁と、
下流工程に連繋された出口と、を具えており、
前記方法は、
溶融金属を、溶融金属供給容器へ供給するステップ、
第1溶融金属インジェクタの戻り行程中、第2逆止弁を閉じ、第1逆止弁を開いて、第1溶融金属インジェクタに、溶融金属を溶融金属供給容器から充填するステップ、
第2溶融金属インジェクタのピストンを変位させて下流工程に供給し、第1溶融金属インジェクタのピストンを変位させて第2溶融金属インジェクタに溶融金属を同時に供給するステップ、
第2逆止弁を閉じて、第1インジェクタのピストンを後退させて、第1インジェクタの中に溶融金属を補充するステップ、を有しており、
第1溶融金属インジェクタと第2溶融金属インジェクタが実質的に反対方向に移動するように、第1溶融金属インジェクタと第2溶融金属インジェクタを同期化させて、溶融金属の連続的な流れを出口に供給する、方法。 - システムは、インジェクタ内のピストン上方の空間の気体圧力を制御する気体圧力シリンダーを含み、インジェクタ内の気体圧力を調節して、出口への溶融金属の供給を制御するステップを含んでいる請求項22に記載の方法。
- 出口の溶融金属を、押出ダイを通して供給することを含んでいる請求項22に記載の方法。
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